第10章 ABAQUS用户材料子程序二次开发及应用

《第10章 ABAQUS用户材料子程序二次开发及应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第10章ABAQUS用户材料子程序二次开发及应用知识要点：XABAQUS材料模型库和单元库简介X用户子程序UMAT接口原理X本构积分算法XABAQUS对于材料非线性问题的处理XUMAT材料子程序实现及应用XD-P模型与M-C模型参数之间的关系X算例分析本章导读：本章主要介绍了ABAQUS材料模型库和单元库、用户子程序UMAT接口原理以及ABAQUS对于材料非线性问题的处理，然后就岩土介质弹塑性本构积分算法以及Drucker-Prager模型和Mohr-Coulomb模型参数之间的转换关系进行了推导。最后，以修正的Moh

2、r-Coulomb模型为例，对用户材料子程序UMAT二次开发进行了讲解，并给出算例验证所开发子程序的可靠性和精确性。10.1ABAQUS材料模型库和单元库简介ABAQUS被广泛地认为是功能最强的有限元软件之一，可以分析复杂的固体力学和结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。岩土介质是一种具有非均匀、非线性性状以及几何形状的任意性、不连续性等特性的特殊多孔介质，而ABAQUS的特长就是能够计算各种不同的材料、复杂荷载加载过程以及变化接触条件的非线性组合问题，这使得已经成为国内外岩土工程界使用最

3、为普遍的有限元分析计算软件。10.1.1ABAQUS材料库ABAQUS具有完善的材料模型库可供选择，它定义了多种材料的本构关系及失效准则，包括：1.弹性线弹性模型可以定义材料的模量、泊松比等弹性特征，具有多种典型失效理论，用于复合材料结构分析多孔结构弹性模型；用于模拟土壤和可挤压泡沫的弹性行为亚弹性模型；可以考虑应变对弹性的影响超弹性模型；模拟橡胶类材料的大变形影响粘弹性模型。2.塑性符合Mises屈服准则的各向同性和遵循Hill屈服准则的各向异性塑性模型；拉伸为Rankine屈服准则，压缩为Mises屈服准则的考虑时

4、间硬化和应变硬化的各向同性和各向异性蠕变模型；Drucker-Prager模型适合于土等粒状材料的模型；CappedDrucker-Prager模型，适合于地质、隧道挖掘等领域；Cam-Clay模型，适合于粘土类土壤材料模拟；Mohr-Coulomb模型，这种模型与CappedDrucker-Prager模型相似，但可以考虑不光滑小表面情况；泡沫材料模型可以模拟高度挤压材料，可用于消费品包装及车辆安全装置等领域；混凝土材料模型，体现混凝土弹塑性破坏理论；渗透性材料模型，定义依赖孔隙比率、饱和度和流速的各向同性和各向异性

5、的渗透性材料。此外，ABAQUS还提供UMAT功能，用户可以应用UMAT自定义特殊类型材料。10.1.2ABAQUS单元库ABAQUS包括了内容极其丰富的单元库，单元种类多达433种，还包括其中针对特殊问题构建的特殊单元如针对岩土工程的桩-土连接单元、针对海洋工程结构的土切管柱连接单元和锚杆单元等，这些单元对解决各行业领域的具体问题非常有效。1.ABAQUS的通用单元介绍ABAQUS程序有一个庞大的单元库，每种单元都具有以下5个特征：单元族、自由度（和单元族直接相关）、节点数目、数学描述、积分方式。①单元族：单元族之间

6、主要的区别是单元族各自假定的几何类型不同，ABAQUS可以分成八个大类，包括连续体单元、壳单元、梁单元、刚体单元、桁架单元、薄膜单元、无限元、弹簧粘壶单元。②自由度：自由度是计算中的基本变量。对于应力/位移模拟，自由度为平动，对于壳和梁单元，还包括各节点的转动。例如，孔隙水压力单元用于模拟饱和、非饱和土体，自由度为位移和孔隙水压力，所有孔隙水压力单元的名称都包括“P”，以示区别。③节点数：ABAQUS只计算在节点处的位移、转角和温度，单元内任意点的这些变量是通过节点插值得到，而插值的顺序要取决于单元节点的数目。④数学描

7、述：单元的数学描述是指用来定义单元行为的数学理论，ABAQUS所有的应力/位移单元都是基于拉格朗日或材料行为的描述。为了适用于不同类型的行为，ABAQUS中的一些单元族包含具有几种不同数学描述的单元。⑤积分：在很多情况下，实际选取的高斯积分点数低于精确积分的要求。这种高斯积分级数低于被积函数所有项精确积分所需要阶数的积分方案称为减缩积分。实际计算表明采用减缩积分常常可以取得较完全积分更好的精度。2.ABAQUS中不同维数的单元根据维数的不同，ABAQUS中的单元可以分为5种：一维单元、二维单元、三维单元、轴对称单元、不

8、对称变形的非线性轴对称单元。3.用户自定义单元ABAQUS提供用户自定义开发单元的功能，用户可以应用UEL子程序来开发特殊类型材料的单元。10.2用户子程序UMAT接口原理ABAQUS不仅提供标准的有限元分析程序，而且具有良好的开放性，可利用它提供的用户子程序接口生成非标准的分析程序来满足用户的需要，在实际工程中得到广泛应用。用户